Conductores y aislantes
La forma en que los átomos se unen afecta las propiedades eléctricas de los materiales que forman. Por ejemplo, en los materiales unidos por el enlace metálico, los electrones flotan libremente entre los iones metálicos. Estos electrones serán libres de moverse si se aplica una fuerza eléctrica. Por ejemplo, si se conecta un cable de cobre a través de los polos de una batería, los electrones fluirán dentro del cable. Por lo tanto, fluye una corriente eléctrica y se dice que el cobre es un conductor.
Sin embargo, el flujo de electrones dentro de un conductor no es tan simple. Un electrón libre se acelerará por un tiempo pero luego colisionará con un ion. En el proceso de colisión, parte de la energía adquirida por el electrón será transferida al ion. Como resultado, el ion se moverá más rápido y un observador notará el aumento de temperatura del cable. Esta conversión de energía eléctrica del movimiento de los electrones a energía térmica se llama resistencia eléctrica. En un material de alta resistencia, el cable se calienta rápidamente a medida que fluye la corriente eléctrica. En un material de baja resistencia, como el alambre de cobre, la mayor parte de la energía permanece con los electrones en movimiento, por lo que el material es bueno para mover la energía eléctrica de un punto a otro. Su excelente propiedad de conducción, junto con su costo relativamente bajo, es la razón por la cual el cobre se usa comúnmente en el cableado eléctrico.
La situación exactamente opuesta se obtiene en materiales, como plásticos y cerámicas, en los cuales todos los electrones están encerrados en enlaces iónicos o covalentes. Cuando este tipo de materiales se colocan entre los polos de una batería, no fluye corriente, simplemente no hay electrones libres para moverse. Dichos materiales se llaman aislantes.
Propiedades magnéticas
Las propiedades magnéticas de los materiales también están relacionadas con el comportamiento de los electrones en los átomos. Un electrón en órbita puede considerarse como un circuito en miniatura de corriente eléctrica. De acuerdo con las leyes del electromagnetismo, dicho circuito creará un campo magnético. Cada electrón en órbita alrededor de un núcleo produce su propio campo magnético, y la suma de estos campos, junto con los campos intrínsecos de los electrones y el núcleo, determina el campo magnético del átomo. A menos que todos estos campos se cancelen, el átomo puede considerarse como un pequeño imán.
En la mayoría de los materiales, estos imanes atómicos apuntan en direcciones aleatorias, de modo que el material en sí no es magnético. En algunos casos, por ejemplo, cuando los imanes atómicos orientados aleatoriamente se colocan en un fuerte campo magnético externo, se alinean, fortaleciendo el campo externo en el proceso. Este fenómeno se conoce como paramagnetismo. En algunos metales, como el hierro, las fuerzas interatómicas son tales que los imanes atómicos se alinean sobre regiones de unos pocos miles de átomos. Estas regiones se llaman dominios. En el hierro normal, los dominios están orientados al azar, por lo que el material no es magnético. Sin embargo, si el hierro se coloca en un campo magnético fuerte, los dominios se alinearán y permanecerán alineados incluso después de que se elimine el campo externo. Como resultado, la pieza de hierro adquirirá un fuerte campo magnético. Este fenómeno se conoce como ferromagnetismo. Los imanes permanentes se hacen de esta manera.
